Способ защиты экскаватора от воздействий гидромолота и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к строительству, а именно к гидромолотам, навешиваемым на строительные экскаваторы. Технический результат - облегчение работы гидромолота. Способ защиты экскаватора от воздействий гидромолота, осуществляющего удар массы бойка по клину гидромолота, согласно которому осуществляют посредством основных гидроцилиндров управления стрелой демпфирование колебаний рабочего оборудования от воздействия массы бойка при его холостом ходе. Демпфирование колебаний рабочего оборудования осуществляют как основными гидроцилиндрами управления стрелой, так и уравновешивающим пневмогидроцилиндром. При этом уравновешивающий пневмогидроцилиндр выполняют с постоянной характеристикой давления газа, а поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой сообщают с пневмогидроаккумулятором с переменной характеристикой давления газа в его пневматической камере. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к строительству, а именно к гидромолотам, навешиваемым на строительные экскаваторы 2...6 размерных групп с массой бойка 60...1000 кг.

Известен способ защиты экскаватора от воздействий гидромолота, включающий рабочую операцию удара бойка по клину гидромолота, операцию воздействия массы бойка на рабочее оборудование при холостом ходе, в котором операцию гашения колебаний, передаваемых на экскаватор, выполняют основные гидроцилиндры управления стрелой С.С.Добронравов [Строительные машины и оборудование: Справочник. - М.: Высшая школа, 1991, - 456 с.].

Недостатком известного способа является то, что основные гидроцилиндры управления стрелой современных экскаваторов обладают высокой жесткостью и вследствие этого в рабочем оборудовании возбуждаются колебания высокой частоты, близкие или совпадающие с частотой вынужденных колебаний бойка гидромолота, приводящие к значительному увеличению нагрузки в рабочем оборудовании и снижению долговечности экскаватора.

Развитие современных гидроприводов происходит в направлении увеличения рабочих давлений, в результате чего увеличивается жесткость силовых гидроцилиндров, что находится в противоречии с операцией демпфирования колебаний, когда необходим малый коэффициент жесткости демпфирующих устройств, обеспечивающих низкочастотные собственные колебания рабочего оборудования.

В данном изобретении для облегчения работы гидромолота используется теория виброизоляции машин при подвеске гидромолота к экскаватору.

Задачей изобретения в части способа является создание способа защиты экскаватора от воздействий гидромолота, осуществляющего удар массы бойка по клину гидромолота, согласно которому осуществляют посредством основных гидроцилиндров управления стрелой демпфирование колебаний рабочего оборудования от воздействия массы бойка при его холостом ходе, задача способа решена за счет того, что демпфирование колебаний рабочего оборудования осуществляют как основными гидроцилиндрами управления стрелой, так и уравновешивающим пневмогидроцилиндром, при этом уравновешивающий пневмогидроцилиндр выполняют с постоянной характеристикой давления газа, а поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой сообщают с пневмогидроаккумулятором с переменной характеристикой давления газа в его пневматической камере.

Задача изобретения в части устройства состоит в уменьшении жесткости основных гидроцилиндров путем подключения к ним конструктивных элементов.

Задача изобретения в части устройства состоит в том, что устройство защиты экскаватора, содержащего рабочее оборудование и основные гидроцилиндры управления стрелой с распределителем рабочей жидкости, от воздействий гидромолота, включающего боек и клин, согласно изобретению устройство дополнительно снабжено уравновешивающим пневмогидроцилиндром, поршневая полость которого связана с газовым баллоном, а штоковая - с распределителем рабочей жидкости, при этом поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой, связанные с распределителем рабочей жидкости, подключены к пневмогидроаккумулятору с дросселем и обратным клапаном.

Поставленная задача в части устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем экскаватор, рабочее оборудование, гидромолот, боек, клин, основные гидроцилиндры стрелы и уравновешивающие пневмогидроцилиндры, распределитель рабочей жидкости, согласно изобретению в поршневые полости основных гидроцилиндров подключен пневмогидроаккумулятор с дросселем и обратным клапаном.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 показан колесный экскаватор с системой защиты от воздействий гидромолота; на фиг.2 - гусеничный экскаватор с системой защиты экскаватора от воздействий гидромолота; на фиг.3 показана условная приведенная схема способа и устройства защиты экскаватора от воздействий гидромолота с двумя основными гидроцилиндрами стрелы и уравновешивающим пневмогидроцилиндром; на фиг.4 - условная приведенная схема способа и устройства защиты экскаватора от воздействий гидромолота с одним основным гидроцилиндром стрелы и уравновешивающим пневмогидроцилиндром; на фиг.5 показана зависимость коэффициента динамичности рабочего оборудования от соотношения частот вынужденных колебаний гидромолота и собственных колебаний рабочего оборудования.

Устройство защиты экскаватора от воздействий гидромолота содержит экскаватор 1, рабочее оборудование 2, гидромолот 3, боек 4, клин 5, основные гидроцилиндры 6, уравновешивающий пневмогидроцилиндр 7, газовый баллон 8, пневмогидроаккумулятор 9, обратный клапан 10, дроссель 11, распределитель рабочей жидкости 12 (фиг.3, 4), гидромагистрали 13, 14, гидронасос 15, гидробак 16.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что масса m₁ бойка гидромолота совершает возвратно-поступательные движения в корпусе гидромолота 3 с частотой n_уд=400...500 уд/мин. Частота ударов гидромолота составляет

,

где f_p - частота ударов, Гц.

Циклическая частота возмущающего воздействия гидромолота

ω_раб=2πf_p.

Делаем допущение о том, что колебания бойка в корпусе гидромолота совершаются по гармоническому закону

x_p=A(x_p)sinpt,

где А(х) - амплитуда относительного перемещения бойка в корпусе гидромолота; p - циклическая частота возмущающего воздействия гидромолота.

Сила инерции бойка

где А(Н) - амплитуда инерционного возмущающего воздействия гидромолота; m₁ - масса бойка.

Сила инерции Н является возмущающим воздействием для колебательной системы, состоящей из колеблющейся массы бойка m₁ и массы рабочего оборудования m₂, которая имеет упругие связи с экскаватором 1 через основные гидроцилиндры 6, обладающие коэффициентом жесткости с.

При этом пневмогидроцилиндр 7 полностью уравновешивает силу тяжести рабочего оборудования и гидромолота давлением газа в газовом баллоне 8. Причем благодаря достаточным размерам газового баллона 8 перемещение поршня в пневмогидроцилиндре 7 происходит практически при постоянном давлении p_газа=const. Это означает, что уравновешивающий пневмогидроцилиндр 7 имеет коэффициент жесткости, равный нулю.

На расчетных схемах (фиг.3, 4) и в последующих расчетах m₂ - приведенная масса рабочего оборудования с центром приведения на гидромолоте; с - приведенный коэффициент жесткости основных гидроцилиндров с центром приведения на гидромолоте.

В результате приведения параметров динамической системы вращательное движение рабочего оборудования (см. фиг.1, 2) сведено к эквивалентному поступательному движению механической системы (фиг.3, 4). Переносное колебательное движение рабочего оборудования описывается дифференциальным уравнением вынужденных колебаний

Из уравнения (2) циклическая частота собственных колебаний рабочего оборудования равна

Амплитуда возмущающего ускорения гидромолота A(h) в уравнении (2) определяется с учетом формулы (1) выражением

Из дифференциального уравнения (2) определяют амплитуду вынужденных колебаний рабочего оборудования

Сила реакции, передаваемая на экскаватор со стороны рабочего оборудования для упругой системы определяется по закону Гука

Амплитуда силы воздействия на экскаватор с учетом формул (5) и (6) равна

Коэффициент динамичности при инерционном возбуждении колебаний в формуле (7) стремится к пределу при .

На фиг.5 построен график функции по формуле (8), из которого видно, что в реальном случае для соотношения в точке А воздействие N_x на экскаватор со стороны гидромолота характеризуется значением коэффициента динамичности .

Благодаря полному уравновешиванию силы тяжести рабочего оборудования пневмогидроцилиндром 7 усилие в основных гидроцилиндрах 6 при работе определяется только величиной прижатия гидромолота к забою и оказывается минимальным. Вследствие этого коэффициент жесткости с основных гидроцилиндров в формуле (7) имеет минимальную величину.

Амплитуда гармонической силы, передаваемая на экскаватор, уменьшается в соответствии с формулой коэффициента передачи силы

При

из (9) получим коэффициент .

Это означает, что возмущающее воздействие гидромолота, передаваемое на экскаватор, уменьшается в 8 раз.

Условие (10) с учетом формулы (3) позволяет определить приведенный коэффициент жесткости основных гидроцилиндров стрелы

.

Основным параметром в выполненном расчете является коэффициент жесткости с колебательной системы, оптимальное значение которого обеспечивается пневмогидроаккумулятором 9, снабженным обратным клапаном 10 и дросселем 11.

Сущность работы способа защиты экскаватора от воздействий гидромолота состоит в том, что в качестве упругого элемента, вводимого в гидросистему используется пневмогидроаккумулятор небольших размеров, в котором при появлении динамического удара со стороны гидромолота давление в основных гидроцилиндрах возрастает, и когда оно превысит заданное давление в пневмогидроаккумуляторе, часть рабочей жидкости из поршневых полостей основных гидроцилиндров через обратный клапан 10 сбрасывается в пневмогидроаккумулятор 9, при этом давление в пневмогидроаккумуляторе и поршневых полостях основных гидроцилиндров увеличивается с меньшей интенсивностью по сравнению с давлением при отсутствии пневмогидроаккумулятора.

После завершения динамического удара наступает фаза разгрузки демпфирующего элемента, в этот период жидкость, поступившая в пневмогидроаккумулятор через дроссель 11, возвращается в поршневую полость основных гидроцилиндров.

Переменная характеристика давления газа в пневмогидроаккумуляторе обеспечивается ограниченным объемом газа и малыми размерами пневмогидроаккумулятора.

Устройство защиты экскаватора от воздействий гидромолота работает следующим образом. Рабочий процесс гидромолота может совершаться при условии, когда гидроцилиндры 6 управления стрелой создают силу реакции на клине R_x>0, достаточную для начала работы гидромолота.

Для установки клина гидромолота в заданную точку забоя можно использовать любой или последовательно все распределители и гидроцилиндры рабочего оборудования экскаватора. Благодаря тому, что сила тяжести рабочего оборудования вместе с гидромолотом уравновешена давлением газа на поршне, усилие на клине может быть равно нулю R_x=0.

Для начала работы золотник распределителя 9 включают вверх и подают рабочую жидкость от гидронасоса 15 в штоковые полости гидроцилиндров 6 (фиг.3). При этом гидромолот опускают и на клине 5 создают силу реакции R_x со стороны забоя. Одновременно включают гидромолот и наносят в данной точке забоя последовательные удары, которые выполняют полезную работу разрушения материала.

Сущность принципа виброзащиты заключается в том, что вследствие уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования нагрузка на основных гидроцилиндрах практически отсутствует, а требуемый коэффициент жесткости механической системы обеспечивается пневмогидроаккумулятором 9, снабженным обратным клапаном 10 и дросселем 11.

Система защиты, представленная на фиг.4, отличается от системы, показанной на фиг.3, тем, что на фиг.4 основной гидроцилиндр 6 и уравновешивающий пневмогидроцилиндр 7 установлены симметрично относительно продольной плоскости симметрии рабочего оборудования и максимально сближены относительно друг друга. Этим достигается максимальное упрощение конструкции системы защиты. Работа системы защиты, представленной на фиг.4, аналогична описанной для фиг.3.

1. Способ защиты экскаватора от воздействий гидромолота, осуществляющего удар массы бойка по клину гидромолота, согласно которому осуществляют, посредством основных гидроцилиндров управления стрелой, демпфирование колебаний рабочего оборудования от воздействия массы бойка при его холостом ходе, отличающийся тем, что демпфирование колебаний рабочего оборудования осуществляют как основными гидроцилиндрами управления стрелой, так и уравновешивающим пневмогидроцилиндром, при этом уравновешивающий пневмогидроцилиндр выполняют с постоянной характеристикой давления газа, а поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой сообщают с пневмогидроаккумулятором с переменной характеристикой давления газа в его пневматической камере.

2. Устройство защиты экскаватора, содержащего рабочее оборудование и основные гидроцилиндры управления стрелой с распределителем рабочей жидкости, от воздействий гидромолота, включающего боек и клин, отличающееся тем, что оно снабжено уравновешивающим пневмогидроцилиндром, поршневая полость которого связана с газовым баллоном, а штоковая - с распределителем рабочей жидкости, при этом поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой, связанные с распределителем рабочей жидкости, подключены к пневмогидроаккумулятору с дросселем и обратным клапаном.